Estudio experimental de la eliminación de nitratos mediante nanofiltración: aplicación a la determinación de modelos de transporte

Abstract

[EN] Nowadays, excessive nitrate concentration is one of the main problems of groundwater contamination. Such contamination comes mainly from the intensive use of nitrogen fertilizers in agriculture. The maximum permissible concentration of nitrates in the water for public consumption in the EU countries is 50 mg/L, although the WHO established a value of 25 mg/L to be considered quality water. Among the possible treatments for nitrate removal from contaminated waters, nanofiltration is a technically proven process. Its main advantage in comparison with reverse osmosis, is that it eliminates nitrates without causing a significant imbalance in the rest of dissolved salts, therefore less remineralization is later required. Furthermore, nanofiltration works at lower pressures, which means lower energy consumption of the process. In this work, it is experimentally study the removal of nitrates from water using a commercial nanofiltration membrane. The membrane selected has a high permeability with the aim of assessing its performance in nitrate removal with low energy consumption. Synthetic feeds with levels of nitrate concentration higher than the legal limit (up to 250 mg/L) have been tested. On the other hand, the experimental results have been fitted to two transport models usually used for nanofiltration membranes: Kedem-Spiegler model and solution-diffusion model. In both models, the film theory has been used to estimate the concentration on the surface of the membrane in order to consider the effect of concentration polarization on membrane performance. The two models have been assessed in the prediction of the nanofiltration membrane performance in nitrate decontamination.

[ES] Actualmente, la excesiva concentración de nitratos es uno de los principales problemas de contaminación de las aguas. Dicha contaminación procede principalmente del uso intensivo de fertilizantes nitrogenados en la agricultura. El límite de la legislación de concentración máxima de nitratos en el agua potable es de 50 mg/L en los países de la Unión Europea, aunque la Organización Mundial de la Salud (OMS) establece como valor estándar de calidad una concentración en nitratos inferior a 25 mg/L. Entre los posibles tratamientos alternativos para eliminar nitratos de las aguas, la nanofiltración es un proceso técnicamente contrastado. Su principal ventaja frente al proceso de ósmosis inversa es que la nanofiltración elimina nitratos sin una reducción elevada del resto de sales disueltas, lo que implica menores necesidades de remineralización posterior. Además, el proceso de nanofiltración opera a menores presiones, lo que supone un ahorro en el consumo de energía del proceso. En este trabajo se estudia experimentalmente la eliminación de nitratos mediante una membrana comercial de nanofiltración de alta permeabilidad, con el objetivo de analizar su capacidad de descontaminación para un bajo consumo de energía. Para ello, se realizarán ensayos en planta piloto con agua sintética, con un rango de concentración de nitratos que supere al límite establecido por la legislación (hasta 250 mg/L). Por otro lado, los resultados experimentales se ajustarán a dos modelos de transporte aplicados al proceso de nanofiltración, como son el modelo de Kedem-Spiegler y el modelo de disolución-difusión. En ambos casos se estimará la concentración en la capa límite sobre la superficie de la membrana, para considerar el efecto de la polarización por concentración en el comportamiento de la misma. Una vez obtenidos los parámetros de los modelos, se analizará la capacidad de predicción de ambos del comportamiento de la membrana en su aplicación a la descontaminación por nitratos.